一、破解术:生活垃圾的预处理
生活垃圾预处理技术一般包括压实、破袋、破碎和分选等环节。压实处理主要是要增加垃圾的体积密度,有利于减少运输成本;破袋处理是将装在袋子里的垃圾释放出来,有利于后面工序的处理;破碎使大块垃圾小粒径化,以配合后续处理过程;分选就是将垃圾中的可回收物或不利于后续工序处理、处置工艺要求的物料从废弃物中分离出来。
(一)压实、破袋和洗涤
垃圾在运输前,首先要进行减容增重处理,即垃圾的压实。压实过程可以在垃圾收集车上完成,也可以在特制的筒体中完成,压实动力一般为水压机或油压机。垃圾经过压实处理后,容重从约300千克/米3增加到500千克/米3以上,极大地提高了垃圾运输的经济性。
为了保持运输过程中的清洁和卫生,一般要求将垃圾装在具有较大容积和较高强度的塑料袋中,这些垃圾进入预处理厂后,首先要进行破袋处理。破袋机是用来割破具有较高强度的大塑料垃圾袋,放出其中的垃圾,以便利于去除袋中的金属、玻璃等成分。工作时垃圾由上部进入两个带有多个刀片的旋转滚筒中间,在刀片切割力的作用下,垃圾袋被割破,放出垃圾从下部排出。破袋机根据处理量的大小可以设计成两个或多个滚筒,主要参数有刀片的角度、长度、材料强度和滚筒之间的距离。
洗涤技术是提高废弃物原料纯度,提高产品质量的一种方法,在塑料袋的再处理利用前,洗涤工艺是不可缺少的预处理过程。对于非油性的污物可直接用水洗涤,对于油性污物可用洗涤剂或碱洗涤。洗涤后的污水必须经过处理才能排放。
(二)破碎处理
将垃圾转变成适合进一步加工和经济地再处理的形状与大小的预处理就是破碎。破碎可以分为单组分垃圾破碎和混合垃圾破碎两类。对于单组分垃圾来说,由于其物理性能参数稳定,容易选择合适的破碎技术和破碎机械。而混合垃圾各组分的物理性质一般相差悬殊,如特硬、特软垃圾并存,特长、特短垃圾并存和特大、特小垃圾并存等。所以,混合垃圾破碎是各种垃圾破碎技术的组合或分选与破碎技术的组合。
常用破碎技术有冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎和摩擦破碎等。破碎机械根据主要施力可以分为冲击式破碎机、剪切式破碎机和辊式破碎机。根据破碎机的主要特征又可分为颚式破碎机、球磨机、低温破碎机和湿式破碎机等。
1.冲击式破碎机
冲击式破碎机是利用冲锤的惯性力破碎物料的机械,这种方式适合各类垃圾的破碎。它一般由旋转锤和装有坚硬衬板的壳体组成,在破碎时,物料由进料口进入破碎空间,首先受到高速旋转的重锤的冲击,发生第一次破碎,同时,第一次破碎物料从重锤吸收能量,高速飞向坚硬的机壳,受到第二次破碎,被第二次破碎的物料反弹回重锤的旋转空间将再次被击碎,最后,合格粒径的物料由下部排出。锤式破碎机适用于中硬度的物料。在重锤间适当安装刀具,对锡铁罐头和易拉罐进行破碎,可以避免锤间堵塞。对于难破碎物料的破碎主要是受到旋转锤与固定夹板的剪切作用,软物料基本上都是由反口或旁路排出,以免缠绕旋转轴。
卧轴锤式破碎机主要用于破碎旧家具、废旧电视、废旧电冰箱和废旧洗衣机等大尺寸物品,处理物品大小由进口尺寸决定,破碎尺寸大小由旋转锤与衬板之间的间隙决定,一般为50毫米左右,单位时间处理量一般为7~55吨/小时。
立轴锤式破碎机相比卧轴锤式破碎机来说,一般占地面积小,安装8个冲击锤时,所需电机功率为147千瓦,处理能力为10~15吨/小时。
2.剪切式破碎机
剪切式破碎机是利用剪切力破碎物料的机械,它主要由固定刀和可动刀组成,破碎物料时,物料由进料口进入固定刀和可动刀的刀口之间,刀口合拢,物料在受挤压的同时被剪切,剪切式破碎机特别适宜于破碎冲击式破碎机无法处理的不含二氧化硅的松散物料,如大口径木材、塑料、汽车轮胎橡胶、纸类和金属类制品的切断。
剪切式破碎机一般有往复式和旋转式两种。往复式破碎机的可动刀组和固定刀组呈V字形,可动刀组由6根往复刀具组成,固定刀组由7根固定刀具组成,动定刀具的间距即为破碎物料的平均长度约为30厘米。工作时,处理物品由V字形刀口间进入,往复刀由油压缸带动,线速度很慢,但剪切力很大。旋转式剪切破碎机装有5个旋转刀和2个固定刀,一般物料倾斜进入动定刀口之间,在高速旋转的可动刀的夹持下由固定2刀口剪切破碎。
3.辊式破碎机
辊式破碎机是利用挤压力破碎物料的机械。辊式破碎机的主要部件是滚筒,破碎物料时,物料首先由进口进入滚筒进料侧,受旋转筒的牵连运动进入滚筒之间的窄缝,物料受挤压和研磨作用而破碎。
辊式破碎机有单辊和双辊两类,辊筒的表面有光面和齿面两种。光面辊筒适用于硬度较大的固体废物的中碎和细碎,齿辊适用于脆性和含泥废物的破碎。辊式破碎机能耗低,过度破碎程度小,结构简单,工作可靠。
4.颚式破碎机
颚式破碎机是通过齿牙的啮合作用破碎物料的机械。颚式破碎机的主要部件是固定颚和动颚。物料破碎时,物料由进口首先进入固定颚和动颚组成的破碎腔,动颚啮合运动时,物料受齿牙挤压、劈裂和弯曲而破碎。
颚式破碎机有简摆型和复摆型两种。固定颚和动颚装有衬板防磨,衬板上有齿牙(齿板)帮助破碎。
简摆型颚式破碎机的动颚如简摆一样左右运动,偏心轮旋转使连杆近似上下运动并在前后推板作用下带动动颚,时而靠近固定颚,时而远离固定颚,动颚每摆动一个周期,物料受到一次挤压并向下排送一段距离,物料从进入破碎腔开始,一般要受到三四次啮合的排送作用从下部排出。
复摆型颚式破碎机的动颚不是以动颚轴为中心的往复运动,它的运动轨迹很复杂,偏心轴转动时,动颚的运动使物料时而遭受压碎,时而向下排送。
5.球磨机
球磨机是主要利用筒体中的球体(如金属球、金属棒或砾石)对物料的重砸作用破碎物料的机械。球磨机的筒体是旋转的,内壁砌有凸凹槽的衬板,球体的装载率一般为筒体有效容积的25%~45%。工作时,筒体旋转会带动球体,球体被提升到一定高度后沿抛物线下砸。物料从筒体的一端进入,在通过筒体的过程中,受到球体的冲击、研磨和碾砸作用,物料达到要求的粒径后由另一端排出。
6.低温破碎机
低温破碎机是利用某些物质在低温下变脆的性质,将物质进行低温处理以达到破碎的目的。常用塑料的脆性区间如聚氯乙烯为-20℃~-5℃、聚乙烯为-135℃~-95℃、聚丙烯为-20℃~0℃。低温破碎技术的制冷工质一般为液氮。低温技术适用于常温下难于破碎的物质,如橡胶、汽车轮胎、电缆电线和金属等。
7.湿式破碎机
它是以水为溶剂,通过对浸泡物质的机械搅拌破碎物质的机械。该设备的主体是一立式的旋转圆筒,转筒内装有6支破碎刀,筒底布置细孔板,当湿碎垃圾投入转筒内时,由于受到大水量的激流、破碎刀的切割和转筒壁的摩擦碰撞,垃圾呈浆体由底部的筛孔流出,经斗式脱水提升机分离出金属,经固液分离装置分离出纸浆,污水循环使用。在下一个工序,纸浆经过洗剂、过筛分离出纤维素,剩余有机残渣与城市下水污泥混合脱水至50%,然后送去进行焚烧、堆肥等无害化处理。
湿式破碎技术把垃圾变成浆液,易于处理,湿式破碎设备噪声小,转动部件自冷却,无爆炸的危险性,处理过程时间短,不易滋生蚊蝇和产生恶臭。该技术在化学物质、纸和纸浆及矿物的处理中均可使用。
二、破解术:对垃圾的分选
分选是垃圾处理处置的重要环节。生活垃圾的分选一般可分为收集前分选和收集后分选。收集前分选是指居民在垃圾产生以后根据垃圾的性质不同将垃圾分别投入不同的收集容器中,通常的分类方法有废纸、废金属、废塑料、厨余及其他。收集前的分类对居民来说是举手之劳,积极发展将大大降低垃圾分选的成本。收集后分选是指垃圾在处理、处置和综合利用前将垃圾中的有再生价值的部分分选出来加以利用,或把不宜处理的部分分离出来,防止损害处理处置利用设备或设施,所以,收集后分选也称为分拣。
垃圾分选方法有人工分选和机械分选两种。人工分选一般是在传送带上进行,垃圾薄铺在传送带上,在传送带的运动方向上设置工位,利用人力识别并把可回收物或不利于后续处理的物料从传送带上取出,实现垃圾组分的分离,人工分选对环境要求高,而处理效率较低。机械分选是利用不同垃圾组分有不同的物性,从而可以采用风力、水力、机械力、电磁力等实现对不同垃圾组分的分离,在机械分选技术中,以采用粒度、密度等物理性质差别为基础进行分选的技术为主,以采用电学、磁学和光学等性能差别为基础进行分选的技术为辅。机械分选的效率高,处理量大,但往往也达不到非常理想的效果。所以,大规模的生活垃圾处理都采用人工和机械分选相结合的处理方法。
生活垃圾的组分不同、处理方法不同,与其相适应的垃圾分选技术也应有所不同。常用垃圾分选技术有人工分选、筛选、风力分选、浮选和磁选等。
(一)人工分选
采用人工分选可以有效地回收垃圾中的可重复利用物。回收材料(如可再利用或再生的玻璃、纸、金属、塑料等)只有当存在市场需求和市场价格并且在经济和社会可接受的条件下,才可能从垃圾流中成功回收,最大限度地实现垃圾的资源化。人工分选根据现场需要确定分选人数,一般传送带设4~16人的人工分选工位。人工分选后的垃圾以有机食物残渣为主。
(二)筛选
筛选是利用筛面将大于筛孔尺寸的物料留在筛面上,而小于筛孔尺寸的物料透过筛面来实现粗细物料的分离。当筛选设备运行时,筛面与物料之间保持适当的相对运动,以使堵在筛孔的物料脱离筛孔,同时松散的流动物料由于小颗粒容易沉降而大颗粒上浮实现分层,大颗粒位于上层,小颗粒位于下层,规则排列透过筛面。粒径小于3/4筛孔尺寸的物料容易通过筛面称为“易筛粒”,大于3/4筛孔尺寸的物料难通过筛面称为“难筛粒”。理论上说,小于筛孔的物料颗粒都可以透过筛面,但在筛选垃圾时,由于垃圾周围有塑料等缠绕物,垃圾过筛粒径比筛面筛孔直径要小。另外,由于小于筛孔尺寸的部分颗粒夹杂在大颗粒物料中而不能透过筛面,未透过的小于筛孔直径的颗粒越多,筛分效果越差。
常见的筛面有棒条筛面、钢板冲孔筛面和钢丝编织筛网面三种。其中棒条筛面的有效面积小,筛分效率低,钢丝编织筛网面的有效面积大,筛分效率高,钢板冲孔筛网面介于二者之间。
筛面宽度影响筛子的处理能力,筛面宽的筛子处理能力大,筛面窄的筛子处理能力小。筛面的长度和倾角影响筛分的时间,筛面长和倾角小对应的筛分时间长,筛分效率较高;筛面短和倾角大对应的筛分时间短,筛分效率相对低。一般来说,筛面的长宽比取1∶2.5~1∶3之间,合适的倾角为15°~25°。
根据筛子的运动方式,筛选设备可以分为固定筛、滚筒筛和振动筛等。
1.固定筛
固定筛一般由平行排列的棒条组成,结构简单,运行不消耗动力,维修方便,在固体废弃物处理中广泛应用。
2.滚筒筛
滚筒筛筛面为一带孔的圆柱形筒体或圆锥台形筒体。孔可以是圆形或者是长方形。运行时,筒体低速旋转,筒体轴线沿垃圾前进方向下倾3°~5°。在一个滚筒筛面上设置两种筛孔的滚筒筛称为双筛网滚筒筛。当垃圾进入滚筒筛后,首先经过直径为20毫米的小筛孔筛面,小于该直径的垃圾颗粒被分离出来,这部分垃圾中灰分较多、有机物质较少、热值很低,一般填埋处理,也可用来堆肥或改善土壤;未通过小筛孔筛面的垃圾颗粒接下来将经过直径为150毫米的大筛孔筛面的筛分,于是介于大、小筛孔直径之间的垃圾将被分离出来,这部分垃圾中可燃物和不可燃物相当,可燃物一般较轻,不可燃物相对较重,二者可采用风选等方法将其分开,不可燃物填埋处理,可燃物进入焚烧炉;经过大、小筛孔筛面后的筛上垃圾主要是塑料、纸张等较大尺寸的可燃物以及一些大的水泥块、钢筋和砖瓦等不可燃物,这些不可燃物可通过人工分选的方法分离出来予以填埋。
滚筒筛在筛选垃圾的同时对湿垃圾具有一定的破碎作用。湿垃圾筛一般设有分级的滚动筛并装有转速不同的刮板,分别由各自的传动机构带动。经过调湿的垃圾通过刮板的冲击由不同的筛网筛出。湿垃圾多级滚筒筛分选系统可以将90%左右的玻璃、陶土和厨余分离出来,并分离出80%左右的塑料和全部的金属以及60%左右的纸张,更软的、更硬的纸张分别随厨余、皮革或塑料薄膜分离出来。分选后可热解的物质经剪切和滚压破碎,使其粒径为3~9毫米,送入贮槽备用,为垃圾热解提供优质原料。
3.共振筛
振动筛筛面连接不平衡旋转体,运行时,电机带动不平衡体旋转,从而带动筛子振动。振动筛适用细粒废物(0.1~15毫米)、潮湿物料或黏性物料的分离。如果不平衡,旋转体的击振频率与振动筛的固有频率基本一致时,筛子在共振条件下工作,这种振动筛称为共振筛。共振筛处理能力大,耗电少,结构紧凑,筛分效率高,广泛应用于细粒、脱水、脱重介质和脱泥处理等。共振筛的缺点是制作工艺复杂、橡胶弹簧易老化。
(三)重介质分选
重介质是在水中加入另一种密度较大的均匀固体微粒而形成的一种分选介质,高密度的固体颗粒起着加重水密度的作用,称为加重质。加重质常常选择磁性介质(如硅铁和磁铁矿),它的粒径小于200目,容积浓度为10%~15%。重介质一般要求黏度低、化学稳定性好、无毒、无腐蚀、容易回收和再生。
它的水平鼓形筒体一般有四个辊轮支撑,旋转通过筒体外的大齿轮传动,速度约2转/分。工作时,废弃物和重介质从筒体的一端进入,密度大于重介质的废弃物下沉于槽底,由扬板提升至筒体的最高处,然后在重力的作用下落入溜槽内,最后排出槽外成为重产物;密度小于重介质的废弃物浮于重介质表面,随重介质流从溢流口流出成为轻物质,从而实现轻重废弃物的分离。
重介质分选宜分离粒度较粗(40~60毫米)的固体废弃物,动力消耗低,缺点是轻重产物量的调节较困难。
(四)跳汰分选